Chụp điện tử – Wikipedia

Sơ đồ hai loại bắt electron. Top : Hạt nhân hấp thụ một electron. Phía dưới bên trái : Một electron bên ngoài thay thế cho electron "mất tích". Một tia X, có năng lượng tương đương với sự khác biệt giữa hai lớp vỏ điện tử, được phát ra. Phía dưới bên phải : Trong hiệu ứng Auger, năng lượng được giải phóng khi electron bên ngoài thay thế electron bên trong được chuyển sang một electron bên ngoài. Electron bên ngoài bị đẩy ra khỏi nguyên tử, để lại một ion dương.

Chụp electron ( Chụp electron K cũng K-Capture hoặc L -electron Capture L-Capture ) là một quá trình trong đó hạt nhân giàu proton của một nguyên tử trung hòa điện hấp thụ một electron nguyên tử bên trong, thường là từ vỏ electron K hoặc L. Quá trình này do đó thay đổi một proton hạt nhân thành neutron và đồng thời gây ra sự phát xạ của neutrino electron.


p
+
e

n
+
ν
e

Vì neutrino phát ra duy nhất này mang toàn bộ năng lượng phân rã, nó có năng lượng đặc trưng duy nhất này. Tương tự, động lượng phát xạ neutrino làm cho nguyên tử con gái bị giật lại với một động lượng đặc trưng duy nhất.

Kết quả là hạt nhân con gái, nếu nó ở trạng thái kích thích, sau đó chuyển sang trạng thái cơ bản. Thông thường, một tia gamma được phát ra trong quá trình chuyển đổi này, nhưng quá trình khử hạt nhân cũng có thể diễn ra bằng cách chuyển đổi bên trong.

Sau khi bắt được một electron bên trong từ nguyên tử, một electron bên ngoài thay thế electron đã bị bắt và một hoặc nhiều photon tia X đặc trưng được phát ra trong quá trình này. Việc bắt electron đôi khi cũng dẫn đến hiệu ứng Auger, trong đó một electron bị đẩy ra khỏi vỏ electron của nguyên tử do tương tác giữa các electron của nguyên tử trong quá trình tìm kiếm trạng thái electron năng lượng thấp hơn.

Sau khi bắt electron, số nguyên tử giảm đi một, số nơtron tăng thêm một và không có thay đổi về số khối. Việc bắt electron đơn giản tự nó dẫn đến một nguyên tử trung tính, vì sự mất electron trong vỏ electron được cân bằng bởi sự mất điện tích hạt nhân dương. Tuy nhiên, một ion nguyên tử dương có thể là kết quả của sự phát xạ điện tử Auger hơn nữa.

Chụp điện tử là một ví dụ về tương tác yếu, một trong bốn lực cơ bản.

Sự bắt giữ điện tử là chế độ phân rã chính đối với các đồng vị có sự dư thừa tương đối của các proton trong hạt nhân, nhưng với sự chênh lệch năng lượng không đủ giữa đồng vị và con gái tương lai của nó (isobar với một điện tích kém hơn) để phân rã hạt nhân một positron. Chụp electron luôn là chế độ phân rã thay thế cho các đồng vị phóng xạ mà không có đủ năng lượng để phân rã bằng phát xạ positron. Sự bắt giữ điện tử đôi khi được bao gồm như một loại phân rã beta, [1] bởi vì quá trình hạt nhân cơ bản, được trung gian bởi lực yếu, là như nhau. Trong vật lý hạt nhân, phân rã beta là một loại phân rã phóng xạ trong đó tia beta (electron năng lượng nhanh hoặc positron) và neutrino được phát ra từ hạt nhân nguyên tử. Sự bắt giữ electron đôi khi được gọi là phân rã beta nghịch đảo, mặc dù thuật ngữ này thường đề cập đến sự tương tác của một antineutrino điện tử với một proton. [2]

Nếu chênh lệch năng lượng giữa nguyên tử mẹ và nguyên tử con là ít hơn 1.022 MeV, phát xạ positron bị cấm vì không đủ năng lượng phân rã để cho phép nó, và do đó, bắt electron là chế độ phân rã duy nhất. Ví dụ, rubidium-83 (37 proton, 46 neutron) sẽ phân rã thành krypton-83 (36 proton, 47 neutron) chỉ bằng cách bắt electron (chênh lệch năng lượng, hoặc năng lượng phân rã, khoảng 0,9 MeV).

Lịch sử [ chỉnh sửa ]

Lý thuyết bắt electron được thảo luận lần đầu tiên bởi Gian-Carlo Wick trong một bài báo năm 1934, sau đó được Hideki Yukawa và những người khác phát triển. Việc bắt giữ K-electron lần đầu tiên được quan sát bởi Luis Alvarez, trong vanadi-48. Ông đã báo cáo nó trong một bài báo năm 1937 trong Đánh giá vật lý . [3][4][5] Alvarez tiếp tục nghiên cứu sự bắt giữ electron trong gallium-67 và các hạt nhân khác. [3][6][7]

Chi tiết phản ứng chỉnh sửa ]]

Ví dụ:

26
13
Al
+
e
26
12
Mg
+
] e
59
28
Ni
+
e
59
27
Co
+ [1965900] ν
e
40
19
K
+
e
40
18
Ar
+ [1965900] ν
e

Electron bị bắt là một trong những electron của nguyên tử, và không phải là electron mới, sắp tới, như có thể được đề xuất theo cách viết của các phản ứng trên. Các đồng vị phóng xạ phân rã bằng cách bắt electron tinh khiết có thể bị ức chế từ phân rã phóng xạ nếu chúng bị ion hóa hoàn toàn ("tước" đôi khi được sử dụng để mô tả các ion như vậy). Người ta đưa ra giả thuyết rằng các nguyên tố như vậy, nếu được hình thành bởi quá trình r trong vụ nổ siêu tân tinh, sẽ bị đẩy ra ion hóa hoàn toàn và do đó không trải qua quá trình phân rã phóng xạ miễn là chúng không gặp phải các electron ngoài vũ trụ. Sự bất thường trong phân phối nguyên tố được cho là [ bởi ai? ] là một phần kết quả của hiệu ứng này trong việc bắt electron. Phân rã ngược cũng có thể được gây ra bởi sự ion hóa hoàn toàn; ví dụ: 163 Ho phân rã thành 163 Dy bằng cách bắt electron; tuy nhiên, Dy bị ion hóa hoàn toàn 163 Dy phân rã thành trạng thái ràng buộc của 163 Ho bởi quá trình phân rã 1945 phân rã.

Liên kết hóa học cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ bắt electron ở mức độ nhỏ (nói chung, dưới 1%) tùy thuộc vào sự gần gũi của electron với hạt nhân. Ví dụ, trong 7 Be, sự khác biệt 0,9% đã được quan sát giữa thời gian bán hủy trong môi trường kim loại và cách điện. [9] Hiệu ứng tương đối lớn này là do thực tế là beryllium là một nguyên tử nhỏ sử dụng các electron hóa trị gần với hạt nhân và cả trên quỹ đạo không có động lượng góc quỹ đạo. Các electron trong s quỹ đạo (bất kể số lượng vỏ hoặc số lượng tử chính), có một antinode xác suất ở hạt nhân, và do đó, chủ đề bắt giữ electron nhiều hơn p hoặc d các electron, có nút xác suất ở hạt nhân.

Xung quanh các nguyên tố ở giữa bảng tuần hoàn, các đồng vị nhẹ hơn các đồng vị ổn định của cùng một nguyên tố có xu hướng phân rã thông qua sự bắt electron, trong khi các đồng vị nặng hơn các chất ổn định phân rã do phát xạ electron. Việc bắt electron xảy ra thường xuyên nhất ở các nguyên tố thiếu neutron nặng hơn trong đó sự thay đổi khối lượng là nhỏ nhất và phát xạ positron không phải lúc nào cũng có thể. Khi tổn thất khối lượng trong phản ứng hạt nhân lớn hơn 0 nhưng nhỏ hơn 2m [0-1e-]quá trình này không thể xảy ra do phát xạ positron mà là tự phát để bắt electron.

Các ví dụ phổ biến [ chỉnh sửa ]

Một số đồng vị phóng xạ phổ biến phân rã bằng cách bắt electron bao gồm:

Để biết danh sách đầy đủ, hãy xem bảng các hạt nhân.

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

  1. ^ Cottingham, W. N.; Gỗ xanh, D. A. (1986). Giới thiệu về vật lý hạt nhân . Nhà xuất bản Đại học Cambridge. tr. 40. ISBN 976-0-521-31960-7.
  2. ^ "Các thí nghiệm Reines-Cowan: Phát hiện Poltergeist" (PDF) . Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos . 25 : 3. 1997.
  3. ^ a b Luis W. Alvarez, W. Peter Trower (1987). "Chương 3: K-Electron Capture by Nuclei (với lời bình luận của Emilio Segré)" Trong Khám phá Alvarez: các tác phẩm được chọn của Luis W. Alvarez, với lời bình luận của các sinh viên và đồng nghiệp . Nhà xuất bản Đại học Chicago, trang 11 Vang12, ISBN 976-0-226-81304-2.
  4. ^ "Luis Alvarez, Giải thưởng Nobel Vật lý năm 1968", tiểu sử, nobelprize.org. Truy cập ngày 7 tháng 10 năm 2009.
  5. ^ Alvarez, Luis W. (1937). "Chụp điện tử hạt nhân K". Đánh giá vật lý . 52 : 134 Từ135. Mã số: 1937PhRv … 52..134A. doi: 10.1103 / PhysRev.52.134.
  6. ^ Alvarez, Luis W. (1937). "Chụp electron và chuyển đổi bên trong Gallium 67". Đánh giá vật lý . 53 : 606. Mã số: 1938PhRv … 53..606A. doi: 10.1103 / PhysRev.53.606.
  7. ^ Alvarez, Luis W. (1938). "Việc bắt giữ các electron quỹ đạo bằng hạt nhân". Đánh giá vật lý . 54 : 486 Từ497. Mã số: 1938PhRv … 54..486A. doi: 10.1103 / PhysRev.54.486.
  8. ^ Fritz Bosch (1995). "Thao tác thời gian sống hạt nhân trong các vòng lưu trữ" (PDF) . Physica Scripta . T59 : 221 Từ229. Mã số: 1995PhST … 59..221B. doi: 10.1088 / 0031-8949 / 1995 / t59 / 030. Được lưu trữ từ bản gốc (PDF) vào ngày 2013-12-26.
  9. ^ B. Vương; et al. (2006). "Thay đổi 7 Được chu kỳ bán rã electron trong môi trường kim loại". Tạp chí vật lý châu Âu A . 28 : 375 Đám377. Mã số: 2006EPJA … 28..375W. doi: 10.1140 / epja / i2006-10068-x. (yêu cầu đăng ký)

Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]